某體育館內(nèi)場排煙方案分析

倪添麟

（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041）

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目建筑面積61 614 m2，地上面積23 230 m2，地下面積38 384 m2（含人防面積1 716.2 m2）；建筑層數(shù)：主體3 層，地下2 層，內(nèi)場場芯位于地下1 層；建筑高度23.5 m（室外地坪至坡屋面面層平均高度）。

2 方案分析

2.1 原方案

本項(xiàng)目內(nèi)場凈高均大于9 m，且采用機(jī)械排煙，根據(jù)GB 51427—2021《自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置噴射型自動(dòng)射流滅火系統(tǒng)。根據(jù)GB 51251—2017《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中表4.6.7，按火災(zāi)規(guī)模2.5 MW 取值，并按表

4.6.3 取機(jī)械排煙量1.11×105m3/h[1]。根據(jù)規(guī)范確定機(jī)械排煙量計(jì)算值，機(jī)械排煙量計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 某體育館內(nèi)場排煙量計(jì)算表

本項(xiàng)目頂部排煙管道均設(shè)置于屋面桁架內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)特殊性，四處圓弧形桁架內(nèi)不可布置風(fēng)管。考慮管道布置的可行性以及桁架內(nèi)部對稱性，本項(xiàng)目考慮對稱布置4 個(gè)防煙分區(qū)（見圖1），經(jīng)測量，每個(gè)防煙分區(qū)面積2 350 m2。防煙分區(qū)面積大于規(guī)范值的部分，按增加的面積配置相應(yīng)的排煙量，每個(gè)防煙分區(qū)總排煙量在規(guī)范值1.2 倍（2 350/2 000=1.175）取值。故根據(jù)規(guī)范查表值、計(jì)算值和1.2 倍面積系數(shù)，得每個(gè)防煙分區(qū)的機(jī)械排煙量約為5.46×105m3/h。

圖1 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范制訂的排煙方案

根據(jù)平面布局，排煙機(jī)房對稱布置于平面四處。屋面桁架內(nèi)排煙總管根據(jù)桁架內(nèi)可布置最大管徑，分設(shè)兩個(gè)環(huán)管聯(lián)通四處排煙機(jī)房，任一防煙分區(qū)排煙時(shí)，同時(shí)開啟四處排煙機(jī)房內(nèi)排煙風(fēng)機(jī)。內(nèi)場4 個(gè)防煙分區(qū)分別從環(huán)管上設(shè)置支管，每個(gè)排煙支管設(shè)置常閉電動(dòng)排煙防火閥，排煙時(shí)首先開啟對應(yīng)防煙分區(qū)的電動(dòng)閥，當(dāng)煙氣蔓延至其他防煙分區(qū)后，聯(lián)通開啟相應(yīng)防煙分區(qū)的電動(dòng)排煙防火閥。

按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的機(jī)械排煙方案會(huì)帶來一些問題：（1）排煙系統(tǒng)控制比較復(fù)雜；（2）系統(tǒng)中大量閥門引起的漏風(fēng)量；（3）由于內(nèi)場4 個(gè)防煙分區(qū)實(shí)際上無實(shí)體的防煙分區(qū)分隔措施，所以，煙氣將在相鄰防煙分區(qū)內(nèi)蔓延，導(dǎo)致實(shí)際火災(zāi)時(shí)為4個(gè)防煙分區(qū)同時(shí)排煙。

2.2 分析并提出優(yōu)化方案

為了更好地優(yōu)化該區(qū)域的排煙方案，經(jīng)分析，該區(qū)域有如下有利條件：（1）內(nèi)部空間有較好的儲(chǔ)煙條件；（2）人員主要集中于看臺區(qū)域，有較好的疏散條件；（3）可燃物主要為燃燒性能為B1 級的看臺座椅和中心場地。

結(jié)合這些有利條件和實(shí)際使用情況，考慮將整個(gè)內(nèi)場按一個(gè)防煙分區(qū)設(shè)計(jì)，分布在平面四處的排煙風(fēng)機(jī)分別負(fù)擔(dān)相鄰區(qū)域的排煙。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，同時(shí)開啟場地所有排煙風(fēng)機(jī)。優(yōu)化后的排煙方案如圖2 所示。與之前方案相比，該方案優(yōu)點(diǎn)為管路系統(tǒng)簡單、控制簡單、可靠性高。

圖2 優(yōu)化后的排煙方案

排煙量選取參考：（1）原《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中對應(yīng)高大空間的換氣次數(shù)法：內(nèi)場體積1.4×104m3，換氣次數(shù)取4 次/h，得總排煙量5.6×105m3/h[2]；（2）根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的計(jì)算公式，得總排煙量為454 985.55 m3/h。綜上，取總排煙量為5.6×105m3/h。

根據(jù)建筑平面布局，共設(shè)置8 臺排煙風(fēng)機(jī)，每臺排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置8 個(gè)排煙口，每個(gè)排煙口排煙量均為8 750 m3/h，風(fēng)口尺寸均為1 500 mm×500 mm，排煙口距地高度取24 m。

排煙系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)采用機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的形式，補(bǔ)風(fēng)總量為2.8×105m3/h，采用座椅送風(fēng)的空調(diào)箱兼做消防補(bǔ)風(fēng)。

2.3 性能化分析驗(yàn)證方案合理性

2.3.1 火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)來臨時(shí)間模擬計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目功能布局、可燃物分布和消防設(shè)施設(shè)置情況，分析共采用四處火源位置：中央球場火災(zāi)、低區(qū)看臺火災(zāi)、二層包廂火災(zāi)和高區(qū)看臺火災(zāi)。火災(zāi)規(guī)模取值按GB 51251—2017《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中表4.6.7，并結(jié)合自動(dòng)滅火系統(tǒng)和機(jī)械排煙系統(tǒng)可能失效的場景分析。

其中，火災(zāi)場景中包含了部分消防設(shè)施失效的情況。低區(qū)火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣卷吸量大，產(chǎn)生的火災(zāi)煙氣到達(dá)頂部以后容易造成積蓄和沉降，對高區(qū)看臺人員疏散可能會(huì)造成困難，所以，增加了低區(qū)看臺火災(zāi)時(shí)機(jī)械排煙系統(tǒng)失效的場景，還考慮了中央球場區(qū)域火災(zāi)時(shí)自動(dòng)滅火系統(tǒng)失效的情況，火災(zāi)規(guī)模將達(dá)到10 MW。模擬的火災(zāi)場景設(shè)置條件見表2。

表2 某體育館內(nèi)場火災(zāi)場景設(shè)置表

隨著火災(zāi)發(fā)生和煙氣蔓延，煙氣對人員疏散的威脅主要體現(xiàn)在當(dāng)清晰高度處煙氣溫度過高時(shí)，將傷害到疏散人員；煙氣蔓延至清晰高度以下時(shí)，將導(dǎo)致疏散人員吸入煙氣或灼傷眼部，以及煙氣蔓延對環(huán)境能見度的影響。因此，根據(jù)條件模擬各場景溫度分布和能見度分布以計(jì)算火災(zāi)煙氣對人員疏散造成危險(xiǎn)的來臨時(shí)間。其中，體育館內(nèi)場和外廊之間進(jìn)行防火分區(qū)分隔，并且各層通向外廊的疏散通道均設(shè)置甲級防火門。為方便分析，其中，水平切面高度分別設(shè)定為各層疏散通道以及中央球場舞臺的清晰高度。

經(jīng)過數(shù)值模擬，結(jié)果總結(jié)如下：（1）對于場景1、3、4，火災(zāi)發(fā)生后，煙氣在比賽大廳內(nèi)上升蔓延至頂部后，機(jī)械排煙設(shè)施開啟并聯(lián)動(dòng)開啟相應(yīng)的消防補(bǔ)風(fēng)設(shè)施，煙氣通過機(jī)械排煙設(shè)施排至室外。在1 800 s 的時(shí)間內(nèi)，煙氣未達(dá)到看臺疏散通道2 m 以下，除發(fā)生火災(zāi)附近區(qū)域以外，其他各層清晰高度處溫度均低于60 ℃，能見度均未低于10 m。（2）對于場景2，火災(zāi)發(fā)生后，煙氣到達(dá)比賽大廳頂部后，機(jī)械排煙設(shè)施失效，但是隨著火災(zāi)的發(fā)展，在1 800 s 的時(shí)間內(nèi)，煙氣也未達(dá)到看臺疏散通道2 m 以下，除發(fā)生火災(zāi)附近區(qū)域以外，其他各層清晰高度處溫度均低于60 ℃，能見度均未低于10 m。（3）對于場景5，火災(zāi)發(fā)生后，自動(dòng)滅火系統(tǒng)失效，煙氣在空間內(nèi)蔓延、上升，中央球場舞臺區(qū)域的煙氣危險(xiǎn)來臨時(shí)間大于1 800 s，低區(qū)看臺區(qū)域、二層包廂區(qū)域和高區(qū)看臺區(qū)域的煙氣來臨區(qū)域時(shí)間分別為1 141 s、1 038 s、875 s。

3.3.2 安全疏散判定

火災(zāi)從發(fā)生到人員安全疏散完畢需要的總疏散時(shí)間=疏散開始時(shí)間+疏散行動(dòng)模擬×1.5。其中，疏散開始時(shí)間取180 s（也有相關(guān)資料選取疏散開始時(shí)間為150 s，故本案取值已較為保守）[3]，疏散行動(dòng)模擬時(shí)間由建筑師提供。總疏散時(shí)間計(jì)算和安全疏散判定結(jié)果匯總見表3。

表3 某體育館安全疏散判定表

各火災(zāi)場景下，場地內(nèi)各疏散高度的煙氣危險(xiǎn)來臨時(shí)間均大于人員總疏散時(shí)間，滿足人員安全疏散要求。

3 結(jié)語

體育館建筑由于其本身功能和空間的特殊性，在防排煙方案設(shè)計(jì)中存在一定困難。本項(xiàng)目的排煙方案從按照現(xiàn)行防排煙規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算開始，分析項(xiàng)目特殊性和實(shí)際使用場景，提出了優(yōu)化方案，并由消防性能化分析模擬火災(zāi)過程，定量分析火災(zāi)和煙氣對人員安全疏散的影響，驗(yàn)證優(yōu)化后方案的合理性并指導(dǎo)機(jī)械排煙方案的設(shè)計(jì)。相信隨著建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展，會(huì)有越來越多的項(xiàng)目結(jié)合自身特性因地制宜地設(shè)計(jì)排煙方案來滿足各種特殊使用場景的需求。